(57)【要約】【課題】ＣＩ値が小さく、近傍のスプリアスを抑圧した高周波の小型圧電振動素子を基本波で実現する。【解決手段】圧電振動素子１は、矩形の振動領域１２、及び支持部１３を有する圧電基板１０と、励振電極２５ａ、２５ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。支持部１３は、第１の支持部１４、第２の支持部１５、第３の支持部１６を備えている。第２の支持部１５は少なくとも一つのスリット２０が設けられている。励振電極２５ａ、２５ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂとの電極材料及び膜厚を異ならせて構成する。【選択図】図１
2013046085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動領域を含む振動部を有する圧電基板と、
前記振動領域に表裏で対向するように配置された一対の励振電極と、
当該一対の励振電極に電気的に接続され、前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、
を有する圧電振動素子であって、
前記励振電極の膜厚をｔ１とし、
前記リード電極の膜厚をｔ２としたとき、
ｔ１＜ｔ２
を満足することを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
前記リード電極は、
前記励振電極と電気的に接続され、膜厚がｔ１となる第１のリード電極と、
前記支持部上に設けられ、膜厚がｔ２の第２のリード電極と、
を電気的に接続して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項３】
前記リード電極は、
前記第１のリード電極と前記第２のリード電極とが、少なくとも一部の領域で重畳するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
前記励振電極は、前記圧電基板上に順に第１の層と第２の層を積層してなり、
前記リード電極は、前記圧電基板上に順に第３の層と第４の層を積層してなることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項５】
前記一部の領域は、
圧電基板上に順に前記第３の層、前記第４の層、前記第１の層、前記第２の層を積層してなることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
前記第２の層と前記第４の層の材料は金であることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
前記第１の層と前記第３の層の材料は、ニッケル又はクロムであることを特徴とする請求項４乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
前記圧電基板は、
前記振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い第１の支持部、第２の支持部、及び第３の支持部を有することを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項９】
前記振動領域の少なくとも１辺が開放されていることを特徴とする請求項８に記載の圧電振動素子。
【請求項１０】
前記支持部は、
前記一辺に沿って配置された第２の支持部を備え、
前記第２の支持部の主面は前記振動部の少なくとも何れかの主面よりも突設されていることを特徴とする請求項９に記載の圧電振動素子。
【請求項１１】
前記第２の支持部は、
前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第２の傾斜部と、
当該傾斜部の前記他方の端縁に連設する第２の支持部本体と、
を有することを特徴とする請求項８乃至１０のうち何れか一項に圧電振動素子。
【請求項１２】
前記圧電基板は、
水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、
前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、
前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、
前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、
前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至１１のうち何れか一項に圧電振動素子。
【請求項１３】
前記圧電基板は、
第４の支持部を備え、
前記第４の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあることを特徴とする請求項１０乃至１２のうち何れか一項に圧電振動素子。
【請求項１４】
前記第２の支持部には、
少なくとも一つのスリットが貫通形成されていることを特徴とする請求項８乃至１２のうち何れか一項に圧電振動素子。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該圧電振動素子を収容するパッケージと、
を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項１６】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項１７】
前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記圧電振動素子を励振する発振回路をパッケージに備えたことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
請求項１５に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みすべり振動モードを励振する圧電振動子に関し、特に所謂逆メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び圧電振動子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、励振する主振動の振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、主面の一部に凹陥部を形成して高周波化を図った所謂逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板のＺ’軸方向の長さが、Ｘ軸方向の長さより長い、所謂Ｚ’ロング基板を用いている。
特許文献２には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉の支持部が連設され、前記薄肉の振動部の一辺が露出した構造を有する逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。更に、水晶振動片は、ＡＴカット水晶基板のＸ軸とＺ’軸を、夫々Ｙ’軸を中心に−１２０°〜＋６０°の範囲で回転させてなる面内回転ＡＴカット水晶基板であり、振動領域を確保し、且つ量産性に優れた（多数個取り）構造であるという。
【０００３】
特許文献３、４には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉の支持部が連設され、前記薄肉の振動部の一辺が露出した構造を有する逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されており、水晶振動片は水晶基板のＸ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロング基板が用いられている。
特許文献５には、矩形状の薄肉の振動部の隣接する二辺に各々厚肉の支持部が連設され、平面視でＬ字状に厚肉部が設けられ、前記薄肉の振動部の二辺が露出した構造を有する逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板にはＺ’ロング基板が用いられている。
しかしながら、特許文献５においては、Ｌ字状の厚肉部を得るために、特許文献５の図１（ｃ）、（ｄ）に記載されているように線分αと、線分βに沿って厚肉部を削除しているが、当該削除はダイシング等の機械加工で削除することを前提としているため、切断面にチッピングやクラック等のダメージを負い、超薄部が破損してしまう問題がある。また、振動領域にスプリアスの原因となる不要振動の発生やＣＩ値の増加等の問題が発生する。
特許文献６には、薄肉の振動部の一辺のみに厚肉の支持部が連設され前記薄肉の振動部の三辺が露出した構造を有する逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。
【０００４】
特許文献７には、水晶基板の両主面であって表裏面で対向するように凹陥部を形成することにより、高周波化を図った逆メサ構造のＡＴカット振動子が開示されている。水晶基板にはＸロング基板が用いられ、凹陥部に形成された振動領域の平坦性が確保された領域に励振電極が設けられ構造が提案されている。
ところで、ＡＴカット水晶振動子の振動領域に励振される厚み滑り振動モードは、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状になることが知られている。特許文献８には、圧電基板の表裏両面に表裏対称に配置された一対のリング状電極を有する厚みすべり振動を励振する圧電振動子が開示されている。リング状電極が対称零次モードのみを励起し、それ以外の非調和高次モードをほとんど励起しないように、リング状電極の外周の径と内周の径との差を設定したものである。
【０００５】
特許文献９には、圧電基板、及び圧電基板の表裏に設ける励振電極の形状を、共に長円形状にした圧電振動子が開示されている。
特許文献１０には、水晶基板の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部、及び電極のＸ軸方向の両端部の形状を共に半楕円状とし、且つ楕円の長軸対短軸の比（長軸／短軸）を、ほぼ１．２６とした水晶振動子が開示されている。
特許文献１１には、楕円の水晶基板上に楕円の励振電極を形成した水晶振動子が開示されている。長軸対短軸の比は、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮すると、１．１４〜１．３９：１の範囲程度が実用的であるという。
【０００６】
特許文献１２には、厚みすべり圧電振動子のエネルギー閉じ込め効果をより改善するために、振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた構造の圧電振動子が開示されている。
ところで、圧電振動子の小型化を図る際に、接着剤に起因する残留応力により、電気的特性の劣化や周波数エージング特性に不良が生じることがある。特許文献１３には、矩形平板状のＡＴカット水晶振動子の振動部と支持部との間に、切り欠きやスリットを設けた水晶振動子が開示されている。このような構造を用いることにより、残留応力が振動領域へ広がるのを抑制できるという。
特許文献１４には、マウント歪（応力）を改善（緩和）するために、逆メサ型圧電振動子の振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた振動子が開示されている。特許文献１５には、逆メサ型圧電振動子の支持部にスリット（貫通孔）を設けることにより、表裏面の電極の導通を確保した圧電振動子が開示されている。
【０００７】
特許文献１６には、厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子の支持部に、スリットを設けることにより、高次輪郭系の不要モードを抑圧した水晶振動子が開示されている。
また、特許文献１７には、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の薄肉の振動部と、厚肉の保持部との連設部、即ち傾斜面を有する残渣部に、スリットを設けることにより、スプリアスを抑圧する振動子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６５７４３公報
【特許文献２】特開２００９−１６４８２４公報
【特許文献３】特開２００６−２０３７００公報
【特許文献４】特開２００２−１９８７７２公報
【特許文献５】特開２００２−０３３６４０公報
【特許文献６】特開２００１−１４４５７８公報
【特許文献７】特開２００３−２６４４４６公報
【特許文献８】特開平２−０７９５０８号公報
【特許文献９】特開平９−２４６９０３号公報
【特許文献１０】特開２００７−１５８４８６公報
【特許文献１１】特開２００７−２１４９４１公報
【特許文献１２】実開昭６１−１８７１１６号公報
【特許文献１３】特開平９−３２６６６７号公報
【特許文献１４】特開２００９−１５８９９９公報
【特許文献１５】特開２００４−２６０６９５公報
【特許文献１６】特開２００９−１８８４８３公報
【特許文献１７】特開２００３−０８７０８７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、圧電デバイスの小型化、高周波化、並びに高性能化に対する要求は強い。しかしながら、前述のごとき構造の圧電振動子は、主振動のＣＩ値、近接するスプリアスＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ここでＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓはスプリアスのＣＩ値で、規格の１例は１．８以上）等が要求を満たせないという問題があることが判明した。特に、周波数が数百ＭＨｚという高周波になると、圧電振動素子に形成する励振電極、及びリード電極の電極膜厚が問題になる。圧電振動素子の主振動のみを閉じ込めモードにしようとすると、電極膜が薄くなり、オーミックロスが生じ、圧電振動素子のＣＩ値が大きくなるという問題があった。
また、電極膜のオーミックロスを防ぐために膜厚を厚くすると、主振動の他に多くのインハーモニック・モードが閉じ込めモードとなり、近接するスプリアスＣＩ値比を満たせないという問題があった。
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、高周波化（１００〜５００ＭＨｚ帯）を図ると共に、主振動のＣＩ値を低減し、スプリアスＣＩ値比等の電気的要求を満たした圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明の圧電振動子を用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１１】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を含む振動部を有する圧電基板と、前記振動領域に表裏で対向するように配置された一対の励振電極と、当該一対の励振電極に電気的に接続され、前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、を有する圧電振動素子であって、前記励振電極の膜厚をｔ１とし、前記リード電極の膜厚をｔ２としたとき、ｔ１＜ｔ２を満足することを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
この構成によると、励振電極のプレートバック（周波数低下量）適切に設定するとともに、リード電極のオーミックロスを低減し、ワイヤボンディングに耐えられるリード電極とすることができるという効果がある。
【００１３】
［適用例２］また圧電振動素子は、前記リード電極が、前記励振電極と電気的に接続され、膜厚がｔ１となる第１のリード電極と、前記支持部上に設けられ、膜厚がｔ２の第２のリード電極と、を電気的に接続して構成されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１４】
この構成によると、膜厚ｔ１の励振電極と同じ厚さの第１のリード電極とが、適切なプレートバック量に設定されると共に、リード電極の膜厚ｔ２がオーミックロスのない膜厚に設定されることにより、圧電振動素子のＣＩ値が小さくなるという効果がある。
【００１５】
［適用例３］また圧電振動素子は、前記リード電極が、前記第１のリード電極と前記第２のリード電極とが、少なくとも一部の領域で重畳するように構成されていることを特徴とする適用例１又は２に記載の圧電振動素子である。
【００１６】
この構成によると、第１のリード電極と第２のリード電極とが一部の部分で積層されており、励振電極とリード電極との導通不良がなく、ＣＩ値を小さくすることができると共に、スプリアスの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１７】
［適用例４］また圧電振動素子は、前記リード電極が、前記圧電基板上に順に第１の層と第２の層を積層してなり、前記励振電極は、前記圧電基板上に順に第３の層と第４の層を積層してなる、ことを特徴とする適用例１乃至３のうち何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００１８】
この構成によると、リード電極の一部の積層部分は、リード電極による第１の層と第２の層が順に積層され、次に励振電極による第３の層と第４の層が順に積層されているので、積層部の導通性は十分である。その上、リード電極と圧電基板との接着力は強くなり、ワイヤボンディングに十分に耐えられるという効果がある。
【００１９】
［適用例５］また圧電振動素子は、前記リード電極の一部の領域は、圧電基板上に順に前記第１の層、前記第２の層、前記第３の層、前記第４の層を積層してなることを特徴とする適用例２又は３に記載の圧電振動素子である。
【００２０】
この構成によれば、リード電極の一部の積層部分は、第１の層、第２の層、第３の層、第４の層が順に積層されており、積層部分の強度、導電性は十分であり、ＣＩ値の小さな圧電振動素子がえられるという効果がある。
【００２１】
［適用例６］また圧電振動素子は、前記第２の層と前記第４の層の材料は金であることを特徴とする適用例４又は５に記載の圧電振動素子である。
【００２２】
この構成によれば、リード電極の一部の積層部分の第２の層と第４の層には、材料として金が使われており、導電性、経年変化の点で極めて優れているという利点がある。
【００２３】
［適用例７］また圧電振動素子は、前記第１の層と前記第３の層の材料は、ニッケル又はクロムであることを特徴とする適用例４乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００２４】
この構成によれば、リード電極の一部の積層部分の第１の層と第３の層には、材料としてニッケル又はクロムが使われており、圧電基板との接着性と、各層間の付着力性とに優れているという利点がある。
【００２５】
［適用例８］また圧電振動素子は、前記圧電基板が、前記振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い第１の支持部、第２の支持部、及び第３の支持部を有することを特徴とする適用例１乃至７のうち何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００２６】
この構成によれば、振動部より厚い支持部を有しており、厚い支持部により圧電振動素子の支持・固定が容易になるという効果がある。更に、励振電極及びリード電極を適切な膜厚に設定すると、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、基本波を用いた高周波圧電振動素子が小型化されるという利点がある。
【００２７】
［適用例９］また圧電振動素子は、前記振動領域の少なくとも１辺が開放されていることを特徴とする適用例８に記載の圧電振動素子である。
【００２８】
この構成によれば、１辺が開放されているため、圧電振動素子が小型化されると共に、ＣＩ値の小さな圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２９】
［適用例１０］また圧電振動素子は、前記支持部が、前記一辺に沿って配置された前記第２の支持部を備え、前記第２の支持部の主面は前記振動部の少なくとも何れかの主面よりも突設されていることを特徴とする適用例９に記載の圧電振動素子である。
【００３０】
この構成によれば、振動部の厚さより第２の支持部の厚さの方が厚いため、第２の支持部を支持・固定することにより、振動部の支持は堅牢であり、且つ高周波の圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００３１】
［適用例１１］また圧電振動素子は、前記第２の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第２の傾斜部と、当該傾斜部の前記他方の端縁に連設する第２の支持部本体と、を有することを特徴とする適用例８乃至１０のうち何れか一項に圧電振動素子である。
【００３２】
この構成によれば、振動領域に第２の傾斜部の一方（薄い方）が連設し、第２の傾斜部の他方（厚い方）には第２の支持本体が連設された構成であり、圧電振動素子の保持による応力は、ほぼ第２の支持本体と第２の傾斜部で吸収されるため、ＣＩ値が小さく、滑らかな３次曲線の周波数温度特性を有する圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００３３】
［適用例１２］また圧電振動素子は、前記圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であることを特徴とする適用例１乃至１１のうち何れか一項に圧電振動素子である。
【００３４】
この構成によれば、圧電基板が上述のように形成されることにより、要求仕様をより適したカットアングルで構成することが可能となり、且つ仕様に沿った周波数温度特性を有し、ＣＩ値が小さく、ＣＩ値比の大きな高周波圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００３５】
［適用例１３］また圧電振動素子は、前記圧電基板が、第４の支持部を備え、前記第４の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあることを特徴とする適用例１０乃至１２のうち何れか一項に圧電振動素子である。
【００３６】
この構成によれば、振動部と連設してＺ’軸のマイナス側に突設部を設けたので、外部からの振動、衝撃に堅牢な圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００３７】
［適用例１４］また圧電振動素子は、前記第２の支持部には、少なくとも一つのスリットが貫通形成されていることを特徴とする適用例８乃至１２のうち何れか一項に圧電振動素子である。
【００３８】
この構成によれば、第２の支持部にスリットを設けることにより、導電性接着剤等を用いて第２の支持部を固定する際に生じる応力の広がりを、スリットにより抑圧するという効果がある。
【００３９】
［適用例１５］本発明の圧電振動子は、適用例１乃至１４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子である。
【００４０】
この構成によれば、励振電極及びリード電極が上記のように構成された圧電振動素子を用いているため、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動子が得られるという効果がある。更に、高周波圧電振動子が小型化されると共に、圧電振動素子を支持する部位が一点であり、且つ支持部と振動領域の間にスリットを設けることにより導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。
【００４１】
［適用例１６］本発明の電子デバイスは、適用例１乃至１４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスである。
【００４２】
この構成によれば、圧電振動素子と、電子部品とを用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波の電子デバイスが得られるという効果がある。
【００４３】
［適用例１７］また電子デバイスは、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする適用例１６に記載の電子デバイスである。
【００４４】
この構成によれば、本発明の圧電振動素子と、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかを用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成することにより、要求仕様により適した電子デバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００４５】
［適用例１８］また電子デバイスは、前記圧電振動素子を励振する発振回路をパッケージに備えたことを特徴とする適用例１６又は１７に記載の電子デバイスである。
【００４６】
この構成によれば、励振電極及びリード電極が上記のように構成された圧電振動素子と、発振回路とを用いて、電子デバイス（圧電デバイス）を構成することにより、高周波の圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等の電子デバイスが、構成できる。更に、電圧制御型圧電発振器を構成すると、周波数再現性、エージング特性が優れ、基本波を用いるため周波数可変範囲も広く、且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電子デバイスが得られるという効果がある。
【００４７】
［適用例１９］適用例１５に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器である。
【００４８】
この構成によれば、本発明の圧電振動子を電子機器の用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る圧電振動素子１の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた図。
【図２】ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。
【図３】（ａ）はリード電極とパッド電極の構成を示す平面図であり、（ｂ）は励振電極の構成を示す平面図。
【図４】圧電振動素子１の変形例の構成を示す平面図。
【図５】圧電振動素子１の他の変形例の構成を示す平面図。
【図６】圧電振動素子１の他の変形例の構成を示す平面図。
【図７】圧電振動素子１の、（ａ）は他の変形例の構成を示す平面図であり、（ｂ）は他の変形例の構成を示す平面図。
【図８】第２の実施形態例の圧電振動素子２の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’方向からみた断面図。
【図９】本発明の圧電基板の製造工程図。
【図１０】本発明の圧電振動素子の励振電極及びリード電極の製造工程図。
【図１１】（ａ）は第２の実施形態に係る圧電振動子２の斜視図であり、（ｂ）はＱ−Ｑ縦断面図。
【図１２】（ａ）は本発明に係る圧電振動子５の縦断面図であり、（ｂ）は平面図。
【図１３】電子デバイス（圧電デバイス）６の縦断面図。
【図１４】（ａ）は電子デバイス（圧電デバイス）７の縦断面図であり、（ｂ）は平面図。
【図１５】電子デバイス（圧電デバイス）７の縦断面図。
【図１６】電子機器の模式図。
【図１７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は変形例に係る圧電基板の構成説明図。
【図１８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は他の変形例に係る圧電基板の構成説明図。
【図１９】本発明に係る圧電振動素子１の変形例であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は要部の拡大図であり、（ｃ）はその断面図。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は圧電振動素子１の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’軸方向からみた断面図である。
圧電振動素子１は、薄肉の振動領域を含む振動部１２、及び振動領域１２に連設された厚肉の支持部１４、１５、１６を有する圧電基板１０と、振動領域１２の両主面（表裏面）に夫々対向するようにして形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて延出されて形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。ここで、振動領域とは振動エネルギーが閉じ込められている領域、即ち振動エネルギーがほぼ零となる領域の内側を言い、Ｘ軸方向の振動領域の寸法と、Ｚ’軸方向の振動領域の寸法との比は周知のように、１．２６：１である。また、振動部とは振動領域とその周縁部とを含んだ圧電基板全体をいう。
【００５１】
圧電基板１０は、矩形状をなし、且つ薄肉で平板状の振動領域１２と、振動領域１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化された厚肉の支持部（支持部）１３（１４、１５、１６）と、前記振動領域１２の一辺が露出した構造を備えている。厚肉の支持部１３は、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の支持部１４、及び第２の支持部１５と、第１及び第２の支持部１４、１５の基端部間を連設する第３の支持部１６と、を備え、平面視でコ字状（Ｕ字状）の構造を有している。
つまり、厚肉の支持部１３は、振動領域１２の四辺のうち１辺を開放するように、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の支持部１４、及び第２の支持部１５と、第１及び第２の支持部１４、１５の基端部間を連設する第３の支持部１６と、を備える。ここで、「開放する」とは、一辺が露出している場合と、一部が露出しているのではなく完全に露出している場合と、を含む。
【００５２】
更に、第１の支持部１４は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ａに連設し、振動領域１２の一辺１２ａに連接する一方の端縁（内側端縁）から他方の端縁（外側端縁）に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第１の傾斜部１４ｂと、第１の傾斜部１４ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉で四角柱状の第１の支持部本体１４ａと、を備えている。同様に、第２の支持部１５は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、振動領域１２の一辺１２ｂに連接する一方の端縁（内側端縁）から他方の端縁（外側端縁）に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第２の傾斜部１５ｂと、第２の傾斜部１５ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉で四角柱状の第２の支持部本体１５ａと、を備えている。
【００５３】
更に、第３の支持部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｃに連設し、振動領域１２の一辺１２ｃに連接する一方の端縁（内側端縁）から他方の端縁（外側端縁）に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１６ｂと、第３の傾斜部１６ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉で四角柱状の第３の支持部本体１６ａと、を備えている。
つまり、薄肉の振動領域１２は、三辺を第１、第２、及び第３の支持部１４、１５、１６に囲まれ、且つ他の一辺が開放された凹陥部１１を構成している。
第２の支持部１５には、少なくとも一つの応力緩和用のスリット２０が貫通形成されている。図１に示した実施形態例では、スリット２０は第２の傾斜部１５ｂと第２の支持部本体１５ａとの境界部に沿って第２の支持部本体１５ａの面内に形成されている。
なお、支持部本体（１４ａ、１５ａ、１６ａ）とは、Ｙ’軸に平行な厚みが一定である領域をいう。振動領域１２の一方の主面と、第１、第２及び第３の支持部１４、１５、１６の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図１に示す座標軸のＸ−Ｚ’平面と平行な平面上にあり、この一方の主面（図１（ｂ）の下面側）をフラット面（平坦面）といい、他方の主面である反対側の面（図１（ｂ）の上面側）を凹陥面という。凹陥部１１側を表面とし、フラット面を裏面とする。
【００５４】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が圧電基板として用いられる。例えば、ＡＴカット水晶基板の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板１０は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１０は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。
【００５５】
即ち、圧電基板１０は、図２に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板である。
圧電基板１０は、図１（ａ）に示すように、Ｙ’軸に平行な方向（以下、「Ｙ’軸方向」という）を厚み方向として、Ｘ軸に平行な方向（以下、「Ｘ軸方向」という）を長辺とし、Ｚ’軸に平行な方向（以下、「Ｚ’軸方向」という）を短辺とする矩形の形状を有する。
なお、本発明に係る圧電基板は、前記角度θが略３５°１５′のＡＴカットに限定されるものではなく、厚みすべり振動を励振するＢＴカット等の圧電基板にも広く適用できるのは言うまでもない。
【００５６】
圧電基板１０を駆動する励振電極２５ａ、２５ｂは、図１に示す実施形態例では四角形状であり、振動領域１２のほぼ中央部の表裏両面（上面、及び下面両面）に対向して形成されている。この際、フラット面側（図１（ｂ）の裏面側）の励振電極２５ｂの面積の大きさは、凹陥面側（図１（ｂ）の表面側）の励振電極２５ａの大きさに対し、十分に大きく設定する。これは、励振電極の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を、必要以上に大きくしないためである。つまり、裏面側（下面側）の励振電極２５ｂを十分に大きくすることにより、プレートバック量Δ（＝（ｆｓ−ｆｅ）／ｆｓ、ここでｆｓは圧電基板のカットオフ周波数、ｆｅは圧電基板全面に励振電極を付着した場合の周波数）は、表面側（上面側）の励振電極２５ａの質量効果のみに依存する。
【００５７】
励振電極２５ａ、２５ｂは、蒸着装置、あるいはスパッター装置等を用いて、例えば、下地にニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を重ねて成膜する。金（Ａｕ）の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動（Ｓ０）のみを閉じ込めモードとし、斜対称インハーモニックモード（Ａ０、Ａ１・・）、及び対称インハーモニックモード（Ｓ１、Ｓ３・・）を、閉じ込めモードとしないことが望ましい。しかし、例えば、４９０ＭＨｚ帯という極めて高い高周波帯の圧電振動素子を構成しようとすると、電極膜厚のオーミックロスを避けるように成膜すると、低次のインハーモニックモードが閉じ込めモードになることは避けられない。
表面側に形成した励振電極２５ａから延出したリード電極２７ａは、振動領域１２上から第３の傾斜部１６ｂと、第３の支持部本体１６ａとを経由して、第２の支持部本体１５ａの上面に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。また、裏面側に形成された励振電極２５ｂから延出したリード電極２７ｂは、圧電基板１０の裏面の端縁部を経由して、第２の支持部本体１５ａの裏面に形成されたパッド電極２９ｂと導通接続されている。
【００５８】
図１（ａ）に示した実施形態例は、リード電極２７ａ、２７ｂの引出し構造の一例である。リード２７ａ、２７ｂの膜厚ｔ２は、振動領域の振動モードに影響を及ぼさないので、オーミックロスが無く、且つワイヤボンディングに適するように厚くする方がよい。つまり、表面側（上面側）の励振電極２５ａの厚さをｔ１とするとき、ｔ１＜ｔ２を満たすようにリード電極２７ａ、２７ｂを構成する。図１（ａ）の下の右側には励振電極２５ａ、２５ｂのＵ−Ｕで示す部分の膜構成の拡大断面図を示す。下地にニッケル膜２５ｎ、その上に金の膜２５ｇを積層して形成されている。また、図１（ａ）の下の中央にはリード電極２７ａのＳ−Ｓで示す部分の膜構成の拡大断面図を示す。一層目にクロム膜２７ｃ、二層目に金の膜２７ｇ、三層目にニッケル膜２７ｎ、四層目に金の膜２７ｇが積層されて形成されている。これは、膜厚ｔ２の第２のリード電極（リード電極２７ａ、２７ｂ）を先に形成し、次の工程で、膜厚ｔ１の励振電極２５ａを形成するので、リード電極２７ａ、２７ｂの先端部と、励振電極２５ａ、２５ｂから延びる第１のリード電極（引出部）と、が重なるために形成されて、四層構成になる。つまり、第２のリード電極（リード電極２７ａ、２７ｂ）は、圧電基板１２上に順に第１の層（クロム膜）２７ｃと第２の層（金膜）２７ｇを形成し、その上に励振電極２５ａから延びる第１のリード電極（引出部）の第３の層（ニッケル膜）２７ｎと、第４の層（金の膜）２７ｇが積層されて形成される。
また、図１（ａ）の下の左側にリード電極２７ａのＲ−Ｒで示す部分の膜構成の拡大断面図を示す。下地にクロム膜２７ｃ、その上に金の膜２５ｇを積層して形成されている。
リード電極２７ａは他の支持部を経由してもよい。ただ、リード電極２７ａ、２７ｂの長さは最短であることが望ましく、リード電極２７ａ、２７ｂ同志が圧電基板１０を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
また、図１の実施形態例では、圧電基板１０の表裏面に対向して夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成する例を示した。パッド電極２９ａ、２９ｂは、リード電極２７ａ、２７ｂと同じ工程で同時に形成されるので、その膜厚はｔ２となる。圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、後述するように、圧電振動素子１を裏返し、パッド電極２９ａとパッケージの素子搭載パッドとを導電性接着剤で機械的に固定・電気的に接続し、パッド電極２９ｂとパッケージの電極端子とをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続する。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
【００５９】
振動領域１２と、圧電振動素子１の支持部であるパッド電極２９ａ、２９ｂとの間にスリット２０を設ける理由は、導電性接着剤の硬化時に発生する応力の広がりを防止することにある。即ち、圧電振動素子をパッケージに導電性接着剤により支持・固定する場合には、まず第２の支持部本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａに導電性接着剤を塗布し、これをパッケージ等の素子搭載パッドに載置し少し押さえる。導電性接着剤を硬化させるために高温で所定の時間保持する。高温状態では第２の支持部本体１５ａ、及びパッケージも共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、第２の支持部本体１５ａには応力は生じない。導電性接着剤が硬化した後、第２の支持部本体１５ａ、及びパッケージが冷却してその温度が常温（２５℃）に戻ると、導電性接着剤、パッケージ、及び第２の支持部本体１５ａの各線膨張係数との差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が、第２の支持部本体１５ａから第１及び第３の支持部１４、１６、振動領域１２へと広がる。この応力の広がりを防止するために、応力緩和用のスリット２０を設けている。
このように、スリット２０を第２の支持本体１５ａの前記境界部（連接部）へ寄せて配置したので、第２の支持部本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａの面積を広く確保することができ、塗布する導電性接着剤の径を大きくすることができる。これに対して、スリット２０が第２の支持本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａ寄りに配置されると、被支持部（パッド電極）２９ａの面積が狭くなり、導電性接着剤の径を小さくしなければならない。その結果、導電性接着剤内に含まれる導電フィラーの絶対量も減り、導電性が悪化し、圧電振動素子１の共振周波数が安定しなくなり周波数変動（通称、Ｆ飛び）が発生しやすくなる虞がある。
従って、スリット２０は第２の支持本体１５ａの前記境界部（連接部）へ寄せて配置することが好ましい。
【００６０】
圧電基板１０に生じる応力（∝歪）分布を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションを行うのが一般的である。振動領域１２における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、周波数エージング特性の優れた圧電振動素子が得られる。
導電性接着剤としては、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等があるが、圧電振動素子１の脱ガスによる周波数経年変化を考慮に入れて、ポリイミド系の導電性接着剤を用いる。ポリイミド系の導電性接着剤は硬いので、離れた二カ所を支持するよりも一カ所支持の方が発生する応力の大きさを低減できる。このため、１００〜５００ＭＨｚの高周波数帯、例えば４９０ＭＨｚの電圧制御型圧電発振器（Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ）用の圧電振動素子１には、一カ所支持の構造を用いた。つまり、パッド電極２９ａは導電性接着を用いてパッケージの素子搭載パッドに機械的に固定すると共に、電気的にも接続し、他方のパッド電極２９ｂはパッケージの電極端子とボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することにした。
【００６１】
また、図１に示した圧電基板１０の外形は、Ｘ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとした。これは、圧電基板１０が導電性接着剤等で固定・接続される際に応力が生じるが、周知のように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向に沿った両端に力を加えたときの周波周変化と、Ｚ’軸方向に沿った両端に同じ力を加えたときの周波周変化と、を比べると、Ｚ’軸方向の両端に力を加えたときの方が、周波数変化が小さい。つまり、支持点はＺ’軸方向に沿って設ける方が応力による周波数変化は小さくなり、好ましい。
【００６２】
本発明の特徴は、励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの構成にある。図３（ａ）は、圧電基板１０上に形成されたリード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの構成を示す平面図である。リード電極２７ａは、表面の励振電極２５ａの端縁から延在され、第３の支持部１６の表面を経由し、第２の支持部１５の中央部の表面に設けられたパッド電極２９ａに連設するように形成されている。また、リード電極２７ｂは、裏面の励振電極２５ｂの端縁から延在され、裏面の端部を経由し、第２の支持部１５の中央部の裏面に設けられたパッド電極２９ｂに連設するように形成されている。リード電極２７ａ、２７ｂは、夫々クロム（Ｃｒ）の薄膜から成る第１層と、この第１層上に積層された金（Ａｕ）の薄膜から成る第２層と、を備えている。リード電極２７ａの一部２７ａＡのＲ−Ｒ断面を拡大した図を左側に示すように、第２の支持本体１５ａの表面側（上面側）にクロムの薄膜２７ｃを下地とし、この上に金の薄膜２７ｇを積層成膜してリード電極２７ａを構成する。リード電極２７ｂについても同様である。
また、第２の支持部１５の中央部の表裏面に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂは、夫々クロム（Ｃｒ）の薄膜から成る第１層と、この第１層上に積層された金（Ａｕ）の薄膜から成る第２層と、を備えている。パッド電極２９ａの一部２９ａＡのＴ−Ｔ断面を拡大した図を下部に示すように、第２の支持本体１５ａの表面側（上面側）にクロムの薄膜２９ｃを下地とし、この上に金の薄膜２９ｇを積層成膜してパッド電極２９ａを構成する。パッド電極２９ｂについても同様である。
リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂは、同一工程で形成されるため、膜厚の一例は、第１層のクロム（Ｃｒ）の薄膜が１００Å（１Å＝０．１ｎｍ（ナノメートル））、金（Ａｕ）の薄膜が２０００Åと厚く形成されている。このため、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂのオーミックロスは生ぜず、ボンディング強度も十分である。
なお、クロム（Ｃｒ）薄膜と金（Ａｕ）薄膜との間に、他の金属膜を挟んだ構成でもよい。
【００６３】
図３（ｂ）は、前工程で形成されたリード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂと整合するように、圧電基板１０上に形成された励振電極２５ａ、２５ｂの構成を示す平面図である。表面に励振電極２５ａが形成され、裏面に励振電極２５ａより十分に大きな励振電極２５ｂが形成される。
ここで、励振電極２５ａ、２５ｂの形成においては、前工程で先に形成したリード電極２７ａ、２７ｂと少なくとも一部が重なり合うように励振電極２５ａ、２５ｂを形成する。例えば、図３（ｂ）に示すように、励振電極２５ａは、端部から延在されたリード電極の一部分２７ｃを有している。当該リード電極の一部分２７ｃが、リード電極２７ａの表面に重なり合うように構成されている。このように構成することにより、励振電極２５ａとリード電極２７ａとを電気的に確実に接続することができ、導通不良をきたすことを防止することができる。裏面側（フラット面側）に形成する励振電極２５ｂについても同様な構成としている。
又は、前工程で先に形成するリード電極２７ｂの一部分が、励振電極２５ｂの領域に入り込む（重なり合う）ように形成してもよい。その際、共振周波数を決定するプレートバック量は、前記表面側である凹陥側の主面に形成される励振電極２５ａの質量効果のみに依存しているので、プレートバック量が設計値から変化しないように、リード電極２７ｂの一部分が、励振電極２５ａと圧電基板１０を挟んで重ならないように、励振電極２５ａの外形よりも外側に位置するように構成する。  
励振電極２５ａ、２５ｂの構成の一例は、ニッケル（Ｎｉ）の薄膜から成る第１層と、この第１層上に積層された金（Ａｕ）の薄膜から成る第２層と、を備えている。膜厚の一例は、第１層のニッケル（Ｎｉ）の薄膜が７０Åであり、金（Ａｕ）の薄膜が６００Åである。
なお、ニッケル（Ｎｉ）薄膜と金（Ａｕ）薄膜の間に他の金属膜を挟んだ構成でもよい。
【００６４】
圧電基板１０の振動領域１２の基本波周波数を４９０ＭＨｚという極めて周波数の高い高周波数帯とした場合、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂとの夫々の電極材料、及び電極膜厚を異ならせる理由を以下に説明する。リード電極２７ａ、２７ｂ、パッド電極２９ａ、２９ｂ、及び励振電極２５ａ、２５ｂを、例えば第１層に７０Åのニッケル（Ｎｉ）の薄膜、第２層に６００Åの金（Ａｕ）の薄膜で構成すると、主振動は十分に閉じ込めモードとなり、そのクリスタルインピーダンス（ＣＩ；等価抵抗）も小さくなるが、リード電極２７ａ、２７ｂの金（Ａｕ）の膜厚が薄いために薄膜のオーミックロスが生じる虞がある。更に、パッド電極２９ａ、２９ｂを、第１層に７０Åのニッケル（Ｎｉ）の薄膜、第２層に６００Åの金（Ａｕ）の薄膜で形成すると、ワイヤボンディングを行う際にボンディングの強度不足となる。
【００６５】
また、リード電極２７ａ、２７ｂ、パッド電極２９ａ、２９ｂ、及び励振電極２５ａ、２５ｂを、例えば第１層に７０Åのクロム（Ｃｒ）の薄膜、第２層に６００Åの金（Ａｕ）の薄膜で構成すると、金（Ａｕ）の薄膜が薄いため、熱によりクロム（Ｃｒ）が金（Ａｕ）の薄膜に拡散し、主振動のＣＩが大きくなるという虞が生じる。また、第１層に７０Åのニッケル（Ｎｉ）の薄膜、第２層に６００Åの金（Ａｕ）の薄膜で形成されたパッド電極２９ａ、２９ｂでは、ボンディングの強度が不足する。
【００６６】
そこで本発明では、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂとの形成工程を分離し、且つ夫々の電極薄膜の材料、及び膜厚を、夫々の薄膜の機能に最適になるように設定することにした。つまり、励振電極２５ａ、２５ｂは、主振動を閉じ込めモードとし、近接したインハーモニックモードはできるだけ伝搬モード（非閉じ込めモード）となるように、例えば電極膜厚をニッケル７０Å、金６００Åと薄く設定した。一方、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂは、細いリード電極の膜抵抗を低減すべく、クロム（Ｃｒ）の膜厚１００Å、金（Ａｕ）の膜厚２０００Åと厚く設定した。
即ち、励振電極２５ａ、２５ｂは、一層目に７０Åのニッケル（Ｎｉ）と、二層目に６００Åの金（Ａｕ）とで構成され、励振電極２５ａから延在されたリード電極の一部分２７ｃとリード電極２７ａ、励振電極２５ｂから延在されたリード電極の一部分２７ｄとリード電極２７ｂとが一部の領域で重なる部分は一層目に膜厚１００Åのクロム（Ｃｒ）と、二層目に膜厚２０００Åの金（Ａｕ）と、三層目に膜厚７０Åのニッケル（Ｎｉ）と、四層目に膜厚６００Åの金（Ａｕ）と、が積層された４層構造とした構成となる。この場合も、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との間、又はニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との間に他の金属の薄膜を挟んだ構成でもよい。
上記の膜厚は一例でありこの数値に限定するものではない。励振電極２５ａ、２５ｂに、エネルギー閉じ込め理論と、薄膜のオーミックロスとを考慮して、最適の膜厚のニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いた。また、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの膜厚は、薄膜のオーミックロスとボンディング強度とを考慮して、必要な厚さのクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の積層膜を用いた。
励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの製造方法については後述する。
【００６７】
図１の実施形態例では、励振電極２５ａ、２５ｂの形状として四角形、つまり正方形、または矩形（Ｘ軸方向を長辺とする）とした例を示したが、これに限定する必要はない。図４に示す実施形態例は、表面側の励振電極２５ａが円形であり、裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。なお、裏面側の励振電極２５ｂも十分に大きな円形であってもよい。
図５に示す実施形態例は、表面側の励振電極２５ａが楕円形であり、裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。弾性定数の異方性によりＸ軸方向の変位分布と、Ｚ’軸方向の変位分が異なり、変位分布をＸ−Ｚ’平面に平行な面で切った切断面は、楕円形になる。そのため、楕円形状の励振電極２５ａを用いた場合が最も効率よく、圧電振動素子１を駆動できる。即ち、圧電振動素子１の容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１、ここで、Ｃ０は静電容量、Ｃ１は直列共振容量）を最小にできる。また、励振電極２５ａは長円形であってもよい。
【００６８】
図６は、図１に示す圧電振動素子１の変形例の構成を示す概略平面図である。図６の変形例が、図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、応力緩和用のスリット２０を設ける位置である。本例では、スリット２０は、薄肉の振動領域１２の一辺１２ｂの端縁より離間した第２の傾斜部１５ｂ内に形成されている。振動領域１２の一辺１２ｂに沿って、スリット２０の一方の端縁が一辺１２ｂに接するように第２の傾斜部１５ｂ内にスリット２０を形成するのではなく、第２の傾斜部１５ｂの両端縁より離間してスリット２０を設けている。つまり第２の傾斜部１５ｂには、振動領域１２の一辺１２ｂの端縁と連接する極細の傾斜部１５ｂｂが残されている。換言すれば、一辺１２ａとスリット２０との間に極細の傾斜部１５ｂｂが形成されている。
【００６９】
図７（ａ）、（ｂ）は、夫々図１に示す圧電振動素子１の他の変形例の構成を示す概略平面図である。図７（ａ）の変形例が、図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、第２の支持部本体１５ａの面内に第１のスリット２０ａを設けると共に、第２の傾斜部１５ｂの面内に第２のスリット２０ｂを形成して、２個の応力緩和用のスリットを設けた点である。第１のスリット２０ａ、及び第２のスリット２０ｂを、図７（ａ）に示す平面図のようにＸ軸方向に並置するのではなく、Ｚ’軸方向に互いに離れるように段差状に配置してもよい。２個のスリット２０ａ、２０ｂを設けた方が、導電性接着剤に起因して生じる応力を、振動領域１２まで広げないようにすることが可能である。
また、図７（ｂ）に示す変形例の構成は、図１、図６に夫々示すスリット２０の効果を合わせ持つようにした圧電振動素子であり、スリット２０は、第２の傾斜部１５ｂと第２の支持本体１５ａとに跨って構成されている。
【００７０】
図８は、第２の実施形態に係る圧電振動素子２の構成を示す概略図である。図８（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、同図（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向から見た断面図であり、同図（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた断面図である。図１を参照し、同図と同じ機能の部分には同一符号を付して説明する。
圧電振動素子２は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２に連設された厚肉支持部１３を有する圧電基板１０と、振動領域１２の両主面に夫々対向して形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部支持部１３に延長形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂの夫々の終端に接続されたパッド電極２９ａ、２９ｂと、を備えている。
【００７１】
圧電基板１０は、矩形で且つ薄肉平板状の振動領域１２と、振動領域１２周縁の四辺に沿って一体化された四角い環状の厚肉支持部１３と、を備えている。
厚肉支持部１３は、振動領域１２の主面の対向する２つの辺１２ａ、１２ｂに沿って両主面に夫々突設された第１の支持部１４、及び第２の支持部１５と、振動領域１２の一方の主面側（表面側）において第１及び第２の支持部１４、１５の夫々の両端部間を連設する突設された第３の支持部１６と、前記第３の支持部１６と対向する振動領域１２の一辺１２ｄの他方の主面側（裏面側）に沿って突設された第４の支持部１７と、を備えている。
【００７２】
第１の支持部１４は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ａに連設し、両主面に夫々突設されている。振動領域１２の一辺１２ａから離間するにつれて厚みが漸増する第１の傾斜部１４ｂと、第１の傾斜部１４ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第１の支持部本体１４ａと、を備えている。つまり、図８（ｄ）に示すように、第１の支持部１４は、振動領域１２の両主面側に突設して形成されている。
同様に、第２の支持部１５は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、両主面側に夫々突設されている。振動領域１２の一辺１２ｂから離間するにつれて厚みが漸増する第２の傾斜部１５ｂと、第２の傾斜部１５ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第２の支持部本体１５ａと、を備えている。
【００７３】
第３の支持部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の表面側に、一辺１２ｃに連設し、振動領域１２の一辺１２ｃから離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１６ｂと、第３の傾斜部１６ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第３の支持部本体１６ａと、を備えている。つまり、第３の支持部１６は、振動領域１２の一方の主面側（表面側）に突設して形成されている。
また、第４の支持部１７は、薄肉の振動領域１２の裏面側に、第３の支持部１６と対向するように、振動領域１２の一辺１２ｄに連設し、振動領域１２の一辺１２ｄから離間するにつれて厚みが漸増する第４の傾斜部１７ｂと、第４の傾斜部１７ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第４の支持部本体１７ａと、を備えている。
第３の支持部１６と第４の支持部１７とは、振動領域１２の中点に関し、点対称の関係にあり、第１、第２、第３及び第４の支持部１４、１５、１６及び１７は、夫々の端部が連結されて、四角い環状を形成し、その中央部に振動領域１２を保持するように構成されている。
なお、支持部本体（第１の支持部本体１４ａ〜第４の支持部本体１７ａ）とは、Ｙ’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。
【００７４】
薄肉の振動領域１２は、その周縁の四辺を第１、第２、第３、及び第４の支持部１４、１５、１６、１７に包囲されている。つまり、矩形平板状の圧電基板の表裏両面からエッチングを進め、両主面に対向する２つの凹陥部を形成し、小型化を図るため不要な部位を削除して薄肉の振動領域１２を形成している。
更に、圧電基板１０は、第２の支持部１５に少なくとも一つの応力緩和用のスリット２０が貫通形成されている。図８に示した実施形態例では、スリット２０は第２の傾斜部１６ｂと第２の支持部本体１６ａとの境界部（連接部）に沿って第２の支持部本体１６ａの面内に形成されている。また、図６、図７の実施形態と同様な部位に応力緩和用のスリットを形成する例は、同様であるので説明を省略する。
なお、第１、及び第２の支持本体１４ａ、１５ａ夫々の表面と、第３の支持本体１６ａの表面と、は同一平面上にあり、第１、第２の支持本体１４ａ、１５ａ夫々の裏面と、第４の支持本体１ａの裏面とは同一平面上にある。
【００７５】
図８に示す圧電振動素子２の励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの構成も、図１の圧電振動素子１のそれと同様な構成になっている。即ち、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂとの形成工程を分離し、且つ夫々の薄膜の材料、及び膜厚が、夫々の薄膜の機能に最適になるように設定されている。リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂは、一層目に１００Åのクロム（Ｃｒ）と、二層目に２０００Åの金（Ａｕ）とで構成されている。
即ち、励振電極２５ａ、２５ｂは、一層目に７０Åのニッケル（Ｎｉ）と、二層目に６００Åの金（Ａｕ）とで構成され、励振電極２５ａから延在されたリード電極の一部分２７ｃとリード電極２７ａ、励振電極２５ｂから延在されたリード電極の一部分２７ｄとリード電極２７ｂとが一部の領域で重なる部分は一層目に膜厚１００Åのクロム（Ｃｒ）と、二層目に膜厚２０００Åの金（Ａｕ）と、三層目に膜厚７０Åのニッケル（Ｎｉ）と、四層目に膜厚６００Åの金（Ａｕ）と、が積層された４層構造とした構成となる。この場合も、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との間、又はニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との間に他の金属の薄膜を挟んだ構成でもよい。
この場合も、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との間、又はニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との間に他の金属の薄膜を挟んだ構成でもよい。
また、励振電極２５ａ、２５ｂの形状については、図４、及び図５の圧電振動素子１のそれと同様な形状でもよく、また応力緩和用のスリットについても、図６、及び図７と同様な位置に少なくとも１つ形成されていてもよい。
【００７６】
励振電極２５ａのプレートバック（周波数低下量）適切に設定すると共に、リード電極２７ａ、２７ｂの膜厚をオーミックロスを低減するように設定することにより、ワイヤボンディングに耐えられるリード電極とすることができるという効果がある。
また、膜厚ｔ１の励振電極２５ａと同じ厚さの第１のリード電極とが、適切なプレートバック量に設定されると共に、リード電極２７ａ、２７ｂの膜厚ｔ２がオーミックロスのない膜厚に設定されることにより、圧電振動素子のＣＩ値が小さくなるという効果がある。
また、第１のリード電極（引出）と第２のリード電極２７ａとが一部の部分で積層されており、励振電極２５ａとリード電極２７ａとの導通不良がなく、ＣＩ値を小さくすることができると共に、スプリアスの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、リード電極２７ａの一部の積層部分は、リード電極２７ａによる第１の層と第２の層が順に積層され、次に励振電極２５ａによる第３の層と第４の層が順に積層されているので、積層部の導通性は十分である。その上、リード電極と圧電基板との接着力は強くなり、ワイヤボンディングに十分に耐えられるという効果がある。
また、リード電極２７ａの一部の積層部分は、第１の層、第２の層、第３の層、第４の層が順に積層されており、積層部分の強度、導電性は十分であり、ＣＩ値の小さな圧電振動素子がえられるという効果がある。リード電極２７ａの一部の積層部分の第１の層と第３の層には、材料としてニッケル又はクロムが使われており、圧電基板との接着性と、各層間の付着力性とに優れているという利点がある。
また、リード電極２７ａの一部の積層部分の第２の層と第４の層には、材料として金が使われており、導電性、経年変化の点で極めて優れているという利点がある。
【００７７】
振動部より厚い第１〜第４支持部１４〜１７（図８）を有しており、厚い支持部により圧電振動素子の支持・固定が容易になるという効果がある。更に、励振電極２５ａ、２５ｂ及びリード電極２７ａ、２７ｂを適切な膜厚に設定すると、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、基本波を用いた高周波圧電振動素子が小型化されるという利点がある。また、図１のように、１辺が開放されているため、圧電振動素子が小型化されると共に、ＣＩ値の小さな圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図１のように振動部１２の厚さより第２の支持部１５の厚さの方が厚いため、第２の支持部１５を支持・固定することにより、振動部１２の支持は堅牢であり、且つ高周波の圧電振動素子が得られるという効果がある。また、振動領域１２に第２の傾斜部１５ｂの一方（薄い方）が連設し、第２の傾斜部１５ｂの他方（厚い方）には第２の支持本体１５ａが連設された構成であり、圧電振動素子の保持による応力は、ほぼ第２の支持本体１５ａと第２の傾斜部１５ｂで吸収されるため、ＣＩ値が小さく、滑らかな３次曲線の周波数温度特性を有する圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図２のように、圧電基板が形成されることにより、要求仕様をより適したカットアングルで構成することが可能となり、且つ仕様に沿った周波数温度特性を有し、ＣＩ値が小さく、ＣＩ値比の大きな高周波圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図８のように、振動部１２と連設してＺ’軸のマイナス側に突設部１７を設けたので、外部からの振動、衝撃に堅牢な圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、第２の支持部１５にスリット２０を設けることにより、導電性接着剤等を用いて第２の支持部１５を固定する際に生じる応力の広がりを、スリット２０により抑圧するという効果がある。
【００７８】
図８に示す第２の実施形態に係る圧電振動素子２を構成する圧電基板１０の製造方法を、図９に示す製造工程図を用いて説明する。図９は、圧電基板１０の両面に凹陥部１１、１１’を形成すると共に、圧電基板１０の外形及びスリット（図示されず）の形成に係る製造工程図である。ここでは、圧電ウェハーとして水晶ウェハーを例にし、図は断面のみを示す。工程Ｓ１では、両面がポリッシュ加工された所定の厚さ、例えば８０μｍの水晶ウェハー１０Ｗを、十分に洗浄し、乾燥した後、表裏面にスパッタリング等により、クロム（Ｃｒ）を下地にし、その上に金（Ａｕ）を積層した金属膜（耐蝕膜）Ｍを夫々成膜する。
工程Ｓ２では、表裏面の金属膜Ｍの上に夫々フォトレジスト膜（レジスト膜と称す）Ｒを両面に塗布する。工程Ｓ３では、露光装置とマスクパターンを用いて、表裏面の凹陥部に相当する部位のレジスト膜Ｒを露光する。感光したレジスト膜Ｒを現像して、感光したレジスト膜を剥離すると、表裏面の凹陥部に相当する位置の金属膜Ｍが夫々露出する。夫々のレジスト膜Ｒから露出した各金層膜Ｍを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、表裏面の凹陥部に相当する位置の水晶面が露出する。
【００７９】
工程Ｓ４では、露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて、所望の厚さになるまで表裏面からエッチングする。工程Ｓ５では、所定の溶液を用いて両面のレジスト膜Ｒを剥離し、更に露出した両面の金属膜Ｍを、王水等を用いて除去する。この段階で水晶ウェハー１０Ｗは、両主面に夫々少しずれて凹陥部１１、１１’が形成され、夫々が格子状に規則的に並んだ状態となる。工程Ｓ６では、工程Ｓ５で得られた水晶ウェハー１０Ｗの両面に金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）を成膜する。工程Ｓ７では、工程Ｓ６で形成された金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）の両面に夫々レジスト膜Ｒを塗布する。
工程Ｓ８では、露光装置と所定のマスクパターンを用いて、圧電基板１０の外形とスリット（図示されず）とに相当する部位の各レジスト膜Ｒを表裏両面から感光し、現像して、各レジスト膜Ｒを剥離する。更に、露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。
【００８０】
工程Ｓ９では露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いてエッチングし、圧電基板１０の外形とスリットを形成する。工程Ｓ１０では、残ったレジスト膜Ｒを剥離し、露出した余分の金属膜Ｍを溶かして除去する。この段階では水晶ウェハー１０Ｗは、圧電基板１０が支持細片で連接し、格子状に規則的に並んだ状態となる。本発明の特徴は、工程Ｓ１０に示すように、圧電基板１０の両主面に夫々凹陥部１１、１１’が形成されて振動領域１２となり、振動領域１２に連設された第３及び第４の支持部１６、１７が、圧電基板１０の中心に対して点対称に形成されていることである。
工程Ｓ１０が終了した後、水晶ウェハー１０Ｗに格子状に規則的に並んだ各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、例えば光学的手法を用いて計測する。計測した各振動領域１２の厚さが所定の厚さより厚い場合には、夫々厚さの微調整を行って所定の厚さの範囲に入るようにする。
【００８１】
次に、水晶ウェハー１０Ｗに形成された各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、所定の厚さの範囲内に調整した後、各圧電基板１０に励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂを形成する手順を、図１０に示す製造工程図を用いて説明する。工程Ｓ１１では、水晶ウェハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でクロム（Ｃｒ）薄膜を成膜し、その上に金（Ａｕ）薄膜を積層して、金属膜Ｍを成膜する。次に工程Ｓ１２では、金属膜Ｍの上に夫々レジストを塗布し、レジスト膜Ｒを成膜する。工程１３では、リード電極、及びパッド電極用のマスクパターンＭｋを用いて、リード電極、及びパッド電極に相当する部位のレジスト膜Ｒを露光する。次の工程Ｓ１４では、レジスト膜Ｒを現像し、不要のレジスト膜Ｒを剥離する。この剥離により露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。リード電極、及びパッド電極の部分はそのまま残しておく。
【００８２】
次の工程Ｓ１５では、水晶ウェハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でニッケル（Ｎｉ）薄膜を成膜し、その上に金（Ａｕ）薄膜を積層して、金属膜Ｍを成膜する。工程Ｓ１５の図では、煩雑さを避けるため、金属膜とレジスト膜（Ｍ＋Ｒ）を、記号Ｃを用いて表わしている。更に、金属膜Ｍの上に夫々レジストを塗布しレジスト膜Ｒを成膜する。そして、励振電極用のマスクパターンＭｋを用いて励振電極２５ａ、２５ｂに相当する部位のレジスト膜Ｒを露光する。工程Ｓ１６では、感光したレジスト膜Ｒを現像して不要のレジスト膜Ｒを、溶液を用いて剥離する。次の工程Ｓ１７では、レジスト膜Ｒが剥離して露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。工程Ｓ１８では、符号Ｃを（Ｍ＋Ｒ）に戻して表わし、金属膜Ｍ上に残った不要のレジスト膜Ｒを剥離すると、各圧電基板１０上には（Ｎｉ＋Ａｕ）の励振電極２５ａ、２５ｂと、（Ｃｒ＋Ａｕ）のリード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂが形成されている（工程Ｓ１９）。水晶ウェハー１０Ｗに連接するハーフエッチングされた支持細片を折り取りすることにより、分割された圧電振動素子２が得られる。
本発明の第２の実施形態に係る圧電振動素子２の特徴は、圧電基板１０の両主面よりエッチングを進め、両主面に夫々対向する凹陥部１１、１１’を形成して振動領域１２とした点にあり、エッチングに要する加工時間を半減することが可能となった。また、図１１（ｄ）に示すように、Ｚｃ１、Ｚｃ２で示す２つの破線の図中外側を共にエッチングにより取り去ることにより、圧電基板の小型化が図れたことも特徴の一つである。圧電基板１０の両主面よりエッチングを進めるので、圧電基板１０の夫々の主面からエッチングにより掘られる深さを浅くすることができるので、製造時に、ウェハー内の各個片がレイアウトされている領域間で、或いはウェハー間において、薄肉となる振動部の厚みのバラツキを低減することができた。この理由として、圧電基板１０をエッチング溶液の中に長時間、浸していると、エッチング溶液内での溶液の濃度に差が生じる虞があり、当該濃度差に起因して、圧電基板１０に対するエッチングの均一性が保てなくなる虞があり、ウェハー内の各個片がレイアウトされている領域間で、或いはウェハー間で前記振動部の厚みのバラツキが発生してしまい、厚みの制御が困難となる問題があるからである。
【００８３】
更に、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すように、振動領域として不要な図中両端部を削除することを前提として製造方法を確立した。先行技術として掲げた従来の厚肉部を備えた構造に比べて、振動領域となる平坦な超薄部の面積を確保しながらも、圧電振動素子１のサイズを小型化することを実現できた。
また、更に前述したように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向の両端に力を加えた（実装に起因した応力・歪みを前記力として説明している）ときの周波周変化と、Ｚ’軸方向の両端に同じ力を加えたときの周波周変化と、を比べると、Ｚ’軸方向の両端に力を加えたときの方の周波周変化量を小さくできるため、圧電基板１０のＸ軸方向の長さをＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとしたので、Ｘ軸方向に振動部の面積を広く確保することができた。
また、本発明に係る圧電振動素子１の振動部の全周に亘って、振動部の主面に対して表裏のうちの少なくともどちらか一方には厚肉の支持部を設けているので、振動部の端部が外部に露出することがないので、圧電振動素子１の製造時や、圧電振動素子１を容器に実装し、圧電振動子を製造する過程、等で圧電振動素子１を何かにぶつけてしまう等による圧電振動素子１の耐衝撃性等の信頼性の観点でも、強度を高く維持しているので、信頼性を高く維持することができている。
【００８４】
図１１は、図８に示した圧電振動素子２のより詳細な図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は図１（ａ）におけるＱ−Ｑ断面の切り口である。図１１（ｂ）に示すように、圧電振動素子２の外形では、Ｘ軸に交わる端面に傾斜面が現出する。つまり、−Ｘ軸側の端面には傾斜面１が現出し、＋Ｘ軸側の端面には傾斜面２が現出している。傾斜面１と傾斜面２のＸＹ’平面に平行な断面形状が、異なっている。
傾斜面１を構成する傾斜面ａ１、ａ２は、Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあり、傾斜面２を構成する傾斜面ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４では、ｂ１とｂ４、ｂ２とｂ３とが、各々Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。更に、傾斜面ａ１、ａ２のＸ軸に対する傾斜角度αと、傾斜面ｂ１、ｂ４のＸ軸に対する傾斜角度βとは、β＜αの関係にある。
【００８５】
図１、図３の実施形態例に示すように、励振電極２５ａ、２５と、リード電極２７ａ、２７ｂ及びパッド電極２９ａ、２９ｂとは、夫々異種の金属材料が用いられ、且つ適切な膜厚で構成されているため、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、基本波を用いた高周波圧電振動素子が小型化されると共に、支持部と振動領域の間にスリットを設けることにより、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧できるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図１、図３、図８の実施形態例に示すように、励振電極２５ａ、２５ｂはニッケルと金の積層膜で、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂはクロムと金の積層膜で形成されているため、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな、ボンディングに十分耐えられる圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、基本波を用いた高周波圧電振動素子が小型化されると共に、振動領域の支持が強固であり、振動、衝撃等に強い圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００８６】
圧電基板１０が、図２の切断角度図に示すように形成されるため、要求仕様をより適したカットアングルで構成することが可能であり、且つ仕様にそった周波数温度特性を有し、ＣＩ値が小さく、ＣＩ値比の大きな高周波圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、圧電基板に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技法に関する実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度の圧電基板が得られ、ＣＩ値が小さく、ＣＩ値比の大きな圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
【００８７】
図１２は、本発明に係る実施形態の圧電振動子５の構成を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を省略した平面図である。圧電振動子５は、例えば図８の圧電振動素子２（圧電振動素子１でもよい）と、圧電振動素子２を収容するパッケージとを備えている。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９とから成る。
パッケージ本体４０は、図１２に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３とを積層して形成されており、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを成形し、箱状とした後で、焼結して形成される。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング４４が形成されている。
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、圧電振動素子２を収容する凹部（キャビティ）が形成される。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７の位置は、圧電振動素子１を載置した際に第２の支持部本体１４ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。
【００８８】
圧電振動子５を固定する際にはまず、圧電振動素子２のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転（裏返し）してパッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に載置して荷重をかける。導電性接着剤３０の特性として、接着剤３０に起因する応力（∝歪）の大きさは、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤の順で大きくなる。導電性接着剤３０としては経年変化を考慮して脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を用いることにした。
【００８９】
パッケージ本体４０に搭載された圧電振動子２の導電性接着剤３０を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤３０を硬化させた後、反転して表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで導通接続する。図１２（ｂ）に示すように、圧電振動素子２をパッケージ本体４０に支持・固定する部分は、一カ所（１点）であるため、支持固定により生じる応力の大きさを小さくすることが可能となる。
アニール処理を施した後、励振電極２５ａ、２５ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。パッケージ本体４０の上面に形成したシールリング４４上に、蓋部材４９を載置し、真空中、又は窒素Ｎ２ガスの雰囲気中で蓋部材４９をシーム溶接して密封し、圧電振動子５が完成する。又は、パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。この場合もパッケージのキャビティ内は真空にするか、又は窒素Ｎ２ガス等の不活性ガスで充填して、圧電振動子５が完成する。
【００９０】
図１、図８に示す夫々の圧電振動素子１、２は、圧電基板１０の上下面に対向して夫々パッド電極２９ａ、２９ｂが形成されている。図１２に示すように、圧電振動素子２をパッケージに収容する際に、圧電振動素子２を裏返し、パッド電極２９ａとパッケージの素子搭載パッド４７とを導電性接着剤で固定・接続する。表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージの電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで接続する。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力が小さくなる。また、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子２を裏返して、より大きな励振電極２５ｂを上面にすると、圧電振動素子１の周波数微調が容易となる。
【００９１】
パッド電極２９ａ、２９ｂの間隔を離して形成した圧電振動素子を構成してもよい。この場合も図１２で説明した圧電振動子５と同様に圧電振動子を構成することができる。また、パッド電極２９ａ、２９ｂを同一面上に間隔を離して形成した圧電振動素子を構成してもよい。この場合、圧電振動素子は、２カ所（２点）に導電性接着剤を塗布して、導通と支持・固定を図るようにした構造である。低背化に適した構造であるが、導電性接着剤に起因する応力が少し大きくなる虞がある。
以上の圧電振動子５の実施の形態例では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて圧電振動子を構成してもよい。
【００９２】
図２、図８の実施形態例に示すように、励振電極２５ａ、２５ｂの電極材料と、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの電極材料と、を異ならせ、又それらの膜厚も夫々の機能に最適なように構成した圧電振動素子１、２を用いているため、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動子２が得られるという効果がある。更に、高周波圧電振動子が小型化されると共に、図１２の実施形態例に示すように、圧電振動素子を支持する部位が一点であり、且つ支持部と振動領域の間にスリットを設けることにより、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。
【００９３】
図１３は、本発明に係る圧電デバイス６の実施形態を示す縦断面図である。電子デバイス６は、本発明の圧電振動素子２（圧電振動素子１でもよい）と、電子部品の１つであり、感温素子であるサーミスタＴｈと、圧電振動素子２、及びサーミスタＴｈを収容するパッケージと、を概略備えている。パッケージは、パッケージ本体４０ａと、蓋部材４９とを備えている。パッケージ本体４０ａは、上面側に圧電振動素子１を収容するキャビティ３１が形成され、外部下面側にサーミスタＴｈを収容する凹部３２が形成されている。キャビティ３１の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド４７が設けられ、各素子搭載用パッド４７は内部導体４６で複数の実装端子４５と導通接続されている。圧電振動素子２のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転し、素子搭載用パッド４７に載置する。パッケージ本体４０ａの上部には、コバール等からなるシールリング４４が焼成されており、このシールリング４４に蓋部材４９を載置し、抵抗溶接機等を用いて溶接し、キャビティ３１を気密封止する。キャビティ３１内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。裏面の凹部３２に半田ボール等を用いてサーミスタＴｈの端子を接続して、電子デバイス６を完成する。
【００９４】
以上の実施形態例では、パッケージ本体４０ａの外部下面側に凹部３２を形成し、電子部品を搭載した例を説明したが、パッケージ本体４０ａの内部底面に凹部３２を形成し、電子部品を搭載してもよい。
また、圧電振動素子２とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａに収容した例を説明したが、パッケージ４０ａに収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容して電子デバイスを構成することが望ましい。
【００９５】
図１３に示す実施形態例のように、圧電振動素子２とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａに収容した電子デバイス６を構成すると、感温素子のサーミスタＴｈが圧電振動素子２の極めて近くに配置されているので、圧電振動素子２の温度変化を素早く感知することができるという効果がある。また、本発明の圧電振動素子と上記の電子部品とで電子デバイスを構成することにより、高周波、且つ小型の電子デバイスが構成できるので、多方面の用途に利用できるという効果がある。
また、電子部品に可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかを用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成すると、要求仕様により適した電子デバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００９６】
図１４は、本発明の実施形態例に係る電子デバイスの一種である圧電発振器７の構成を示す図であって、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を省略した平面図ある。圧電発振器７は、パッケージ本体４０ｂ、及び蓋部材４９と、圧電振動素子２と、圧電振動素子２を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスタ、インダクタ等の電子部品５２の少なくとも１つと、を備えている。
圧電振動素子２のパッド電極２９ａに導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布し、これを反転してパッケージ本体４０ｂの素子搭載パッド４７に載置し、パッド電極２９ａと素子搭載パッド４７との導通を図る。反転して上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０ｂの他の電極端子４８とをボンディングワイヤーにて接続し、ＩＣ部品５１の１つの電極端子５５との導通を図る。ＩＣ部品５１をパッケージ本体４０ｂの所定の位置に固定し、ＩＣ部品５１の端子と、パッケージ本体４０ｂの電極端子５５とをボンディングワイヤーＢＷにて接続する。また、電子部品５２は、パッケージ本体４０ｂの所定の位置に載置し、金属バンプ等を用いて接続する。パッケージ本体４０ｂを真空、あるいは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体４０ｂを蓋部材４９で密封して電子デバイス（圧電発振器）７を完成する。
パッド電極２９ａとパッケージの電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで接続する工法は、圧電振動素子２を支持する部位が一点になり、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくする。また、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子１を反転して、より大きな励振電極２５ｂを上面にしたので、電子デバイス（圧電発振器）７の周波数微調が容易となる。
【００９７】
図１４の実施形態に示した電子デバイス（圧電発振器）７は、同一圧電基板上に圧電振動素子２、ＩＣ部品５１及び電子部品を配置したが、図１５に示した実施形態の電子デバイス（圧電発振器）７は、Ｈ型のパッケージ本体６０を用い、上部に形成したキャビティ３１に圧電振動素子１を収容し、キャビティ内部を真空、又は窒素Ｎ２ガスで満たし、蓋部材６１で密封する。下部には圧電振動素子２を励振する発振回路、増幅回路等を搭載したＩＣ部品５１と、可変容量素子、及び必要に応じてインダクタ、サーミスタ、コンデンサー等の電子部品５２と、を金属バンプ（Ａｕバンプ）６８を介して、パッケージ本体６０の端子６７に導通・接続する。
本発明の電子デバイス（圧電発振器）７は、圧電振動素子２と、ＩＣ部品５１及び電子部品５２とを分離し、圧電振動素子１を単独で気密封止しているために、圧電発振器７の周波数エージング特性が優れている。
【００９８】
図１４に示すように、圧電デバイス（例えば電圧制御型圧電発振器）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子２を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅が広がる。更に、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
また、圧電デバイスとして圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲が広く、且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
【００９９】
図１６は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器８は上記の圧電振動子５を備えている。圧電振動子５を用いた電子機器８としては、伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器８において圧電振動子５は、基準信号源、あるいは電圧可変型圧電発振器（ＶＣＸＯ）等として用いられ、小型で、特性の良好な電子機器を提供できる。
【０１００】
図１６の模式図に示すように、本発明の圧電振動子を電子機器の用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【０１０１】
［変形実施形態］
圧電振動素子の実装に起因した応力を更に軽減、抑圧する手法として、以下に示すごとき構造を採用することができる。
図１７（ａ）の実施形態における圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、前記薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い厚肉部とを備えた圧電基板１０であって、圧電基板においては、厚肉支持部１３には、縁辺の方向に緩衝部Ｓを介してマウント部Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓは、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、面取り部２１を有していることを特徴とする。
図１７（ｂ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられ、薄肉部よりも厚い厚肉支持部１３とを備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部１３には、緩衝部Ｓを介してマウント部Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に切欠き部２２を有し、スリット２０の長手方向は直交方向と平行であり、マウント部Ｆの直交方向の幅を、スリットの長手方向の幅より狭く、スリットの長手方向の両端部は、マウント部Ｆの両端部よりも緩衝部Ｓの直交方向の外周寄りにあることを特徴とする。
図１７（ｃ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられた厚肉支持部１３とを備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部１３には、緩衝部Ｓとマウント部Ｆが順に連結され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、切欠き部２２を有していることを特徴とする。
【０１０２】
図１８は、図１７の構造に対し、２点支持、即ちマウント部Ｆ１、及びマウント部Ｆ２の形態をとることを特徴としている。
なお、図１７、図１８においては、厚肉支持部１３の各支持部１４、１５、１６の内壁に傾斜部が図示されている一方で、また厚肉支持部１３の外側の側壁面には図１２に示した如き傾斜面が図示されていないが、これらの傾斜部、傾斜面は図１１に示しているように対応する部位に形成されることになる。
なお、図１７、図１８中の各符号は、上記各実施形態の同じ符号が示す部位と対応している。
【０１０３】
［変形実施例その２］
更に、図１９（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、同図（ｂ）は圧電振動素子１のパッド電極２９ａ（マウント部Ｆ）の実施形態例の拡大図平面図を示し、同図（ｃ）はマウント部Ｆの断面図を示している。このマウント部Ｆにおいては、接着強度を向上させるために凹凸状とすることによって面積を稼いでいる。
【０１０４】
本発明は、逆メサ型振動子を例にして説明したが、これに限らず、１００〜５００ＭＨｚの高周波数帯の超薄状のフラットな圧電基板を備えた圧電振動子にも広く適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０５】
１、２、３、４…圧電振動素子、５、圧電振動子、６、７…圧電デバイス、８…電子機器、１０…圧電基板、１０Ｗ…水晶ウェハー、１１、１１’…凹陥部、１２…振動領域、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…振動領域の一辺、１３…支持部、１４…第１の支持部、１４ａ…第１の支持部本体、１４ｂ…第１の傾斜部、１５…第２の支持部、１５ａ…第２の支持部本体、１５ｂ…第２の傾斜部、１５ｂ’…極細片、１６…第３の支持部、１６ａ…第３の支持部本体、１６ｂ…第３の傾斜部、１７…第４の支持部、１７ａ…第４の支持部本体、１７ｂ…第４の傾斜部、２０…スリット、２０ａ…第１のスリット、２０ｂ…第２のスリット、２１…面取り部、２２…切欠き部、２５ａ、２５ｂ…励振電極、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｇ…リード電極、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｇ…パッド電極、３０…導電性接着剤、３１…キャビティ、３２…凹部、３３…電子部品搭載用パッド、４０、４０ａ、４０ｂ…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４８…電極端子、４９…蓋部材、５１…ＩＣ部品、５２電子部品、５５…電極端子、６０…パッケージ本体、６１…蓋部材、６５…実装端子、６６…導体、６７…部品端子、６８…金属バンプ（Ａｕバンプ）、Ｔｈ…サーミスタ、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…マウント部、Ｓ…緩衝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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